Спячка

Pause

Спя́чка (зимняя — гибернация, летняя — эстивация) — это состояние пониженной жизнедеятельности у гомойотермных животных, наступающее в периоды, когда пища малодоступна и сохранять высокую активность и интенсивный обмен веществ невозможно. Спячка сопровождается значительным снижением обмена веществ, замедлением дыхания и сердцебиения и торможением нервных реакций. Перед ней животные накапливают резервные вещества, в основном жиры — до 30-40 % массы тела, — и укрываются в норах, гнёздах, дуплах и других убежищах[1].

Общие сведения
Спячка
Область использования Физиология животных, зоология, экология

Терминология

Термины, обозначающие состояния замедленного обмена веществ — анабиоз, оцепенение, спячка, гибернация, торпор, диапауза, — делят на две большие группы: анабиоз и гипобиоз. Спячка относится к гипобиозу. Впадая в неё, гомойотермные животные временно теряют способность поддерживать постоянную температуру тела, поэтому их называют гетеротермными[2].

Гибернация

Гибернацией называют многодневное оцепенение: его отдельные периоды (бауты) длятся в среднем больше недели, а за это время животное обычно не питается и расходует запасы — собственный жир или запасённый корм. Анализ данных по 214 видам птиц и млекопитающих подтвердил, что гибернирующие виды и виды с суточным оцепенением — функционально разные группы. Зимоспящие в среднем крупнее и обитают в более высоких широтах (около 35°), а интенсивность обмена веществ во время оцепенения снижается у них в среднем до 6 % от уровня основного обмена[3].

Торпор и зимний сон

Торпором (оцепенением) называют глубокое, но контролируемое организмом снижение интенсивности обмена веществ и температуры тела у теплокровных животных. При суточном торпоре оцепенение длится менее суток, обычно от 3 до 12 часов, и животное продолжает кормиться. Обмен веществ снижается в среднем до 35 % от основного, а минимальная температура тела примерно на 13 °C выше, чем у гибернирующих видов. Вход в суточный торпор и выход из него управляются циркадными ритмами[3].

Некоторые млекопитающие — например, медведь, енот, барсук — впадают на зиму в зимний сон. При нём температура тела и интенсивность обмена веществ снижаются меньше, чем при спячке[1].

Состояние Продолжительность Типичные примеры Особенности
Суточный торпор менее суток, обычно 3-12 ч колибри, многие мелкие грызуны и сумчатые обмен веществ около 35 % от основного, животное продолжает кормиться
Гибернация бауты от нескольких суток до нескольких недель суслики, сони, ежи, летучие мыши обмен веществ около 6 % от основного, животное живёт за счёт запасов
Зимний сон 5-7 месяцев барибал температура тела 30-36 °C, обмен веществ около 25 % от основного

Эстивация, диапауза и анабиоз

Зимняя спячка помогает животным пережить холода и недостаток пищи, а летняя — эстивация — жару и засуху. Диапауза — особая форма оцепенения, подробно описанная у насекомых: она может наступать на любом этапе развития, при этом развитие останавливается и откладывается до наступления благоприятных условий. Наиболее глубокое замедление обмена веществ — анабиоз; в этом состоянии споры бактерий, цисты простейших и тихоходки переносят охлаждение до −217 °C, многочасовое кипячение, облучение и пребывание в открытом космосе[2].

Физиология

Спячка — не глубокий сон и не кома, а слаженный регулируемый процесс. Разнообразие и неполная изученность его механизмов затрудняют создание искусственной спячки у млекопитающих[2].

Если условия спячки становятся неблагоприятными — убежище чрезмерно нагревается или охлаждается, гнездо намокает, — животное резко повышает теплопродукцию, просыпается и восстанавливает комфортные условия[1].

Метаболизм и температура тела

Во время оцепенения температура тела понижается вслед за температурой среды, пока не достигнет минимального значения, которое организм поддерживает. У гибернирующих видов интенсивность обмена веществ снижается в среднем до 6 % от основного. Самую низкую температуру тела среди млекопитающих — −2,9 °C — зафиксировали у арктического суслика (Spermophilus parryii), у которого обмен веществ в спячке снижается до 2 % от основного[3].

У сусликов в спячке температура тела опускается с обычных 37-38 °C почти до температуры среды — 2-4 °C, превышая её не более чем на пару градусов. Активность митохондрий в клетках резко снижается, и основным источником энергии вместо углеводов становятся липиды. Скорость транскрипции и трансляции снижается за счёт обратимого фосфорилирования ферментов[2].

Дыхание, кровообращение и нервная активность

Засыпание регулируется гипоталамо-гипофизарной системой: она запускает каскад гормональных изменений, в том числе снижение выработки тироксина. У сусликов в спячке частота сердечных сокращений и дыхания снижается иногда в сто раз — с 400 до 4 ударов в минуту и со 100 до одного вдоха в минуту. В оцепенении суслик не реагирует на внешние раздражители. В его крови активно синтезируется α2-макроглобулин, который улучшает микроциркуляцию и препятствует свёртыванию крови[2].

У барибала в спячке частота сердечных сокращений снижается с 55 до 9 ударов в минуту, при этом наблюдается выраженная синусовая аритмия[4].

Энергетические запасы и периодические пробуждения

У большинства зимоспящих животных периоды оцепенения раз в одну-две недели сменяются периодами обычного сна, во время которых повышается температура тела и меняется активность мозга. На эти периодические пробуждения уходит до 90 % всей энергии, затрачиваемой за время спячки. Для разогрева тела, прежде всего сердца, служит бурая жировая ткань, клетки которой богаты митохондриями[2].

Разновидности сезонного покоя

Различают суточную спячку, сезонную — зимнюю (гибернацию) и летнюю (эстивацию), — и нерегулярную, при внезапном наступлении неблагоприятных условий. Нерегулярная спячка известна, например, у белок, енотовидной собаки, стрижей и ласточек[1].

Сезонная гибернация

Сезонная гибернация свойственна насекомоядным и многим грызунам. Во время спячки у животных заметно повышается устойчивость ко многим ядам и микробным инфекциям[1].

undefined

Продолжительность отдельного периода оцепенения у разных видов различается. У лесной сони (Glis glis) он достигает 977 часов, у малой бурой ночницы (Myotis lucifugus) — 1152 часов, а у тенрека Tenrec ecaudatus — 6480 часов[3].

Суточный торпор

Суточный торпор позволяет мелким теплокровным животным экономить энергию в холодные ночи без длительной спячки. Колибри, обитающие в Андах на высоте около 3800 м, регулярно впадают в глубокое ночное оцепенение. У колибри Metallura phoebe температура тела опустилась до 3,26 °C — это минимальное значение, известное для птиц и для млекопитающих, не впадающих в спячку[5].

Зимний сон крупных млекопитающих

Медведи долго не считались зимоспящими в строгом смысле: температура тела у них снижается сравнительно мало. Исследование барибалов на Аляске показало, что они проводят в спячке 5-7 месяцев в году, не едят, не пьют и не испражняются. Обмен веществ у них снижается до 25 % от основного, тогда как температура тела держится в пределах 30-36 °C и меняется многодневными циклами. После выхода из берлоги пониженный обмен веществ сохраняется до трёх недель. Авторы исследования пришли к выводу, что основная часть снижения обмена веществ при спячке не зависит от понижения температуры тела[4].

Эстивация

Летняя спячка помогает животным пережить жару и засуху. Например, жёлтый суслик (Spermophilus fulvus) проводит в спячке около девяти месяцев в году[2].

Летнюю спячку обнаружили и у приматов. Толстохвостый карликовый лемур на Мадагаскаре до семи месяцев в году проводит в дуплах деревьев. Температура его тела пассивно следует за температурой в дупле, которая может подниматься выше 30 °C[6].

undefined

Распространение у животных

В обзор 2015 года вошли данные о характеристиках оцепенения у 214 видов теплокровных животных — 43 видов птиц и 171 вида млекопитающих. Среди птиц к настоящей гибернации способен лишь один вид из этой выборки, тогда как у млекопитающих гибернирующих видов (93) больше, чем видов с суточным торпором (78)[3].

Млекопитающие

В спячку впадают представители многих отрядов млекопитающих — однопроходные, сумчатые, грызуны, насекомоядные, рукокрылые, хищные и приматы. Глубина и продолжительность оцепенения у них сильно различаются[3].

Минимальная температура тела и наибольшая продолжительность оцепенения
Группа или вид Тип состояния Примечание
Австралийская ехидна (Tachyglossus aculeatus) гибернация температура тела до 4 °C, период оцепенения до 27 суток
Арктический суслик (Spermophilus parryii) гибернация температура тела до −2,9 °C, период оцепенения до 23 суток
Лесная соня (Glis glis) гибернация температура тела до 1 °C, период оцепенения до 41 суток
Обыкновенный ёж (Erinaceus europaeus) гибернация температура тела до 5,4 °C, период оцепенения до 12 суток
Малая бурая ночница (Myotis lucifugus) гибернация температура тела до 1,3 °C, период оцепенения до 48 суток
Горный кускус (Burramys parvus) гибернация температура тела до 1,8 °C, период оцепенения до 20 суток
Чилийский опоссум (Dromiciops gliroides) гибернация температура тела до 7,1 °C
Толстохвостый карликовый лемур (Cheirogaleus medius) гибернация температура тела до 9,3 °C
Тенрек Tenrec ecaudatus гибернация период оцепенения до 270 суток
Барибал (Ursus americanus) зимний сон температура тела не ниже 29,4 °C
Бурый медведь (Ursus arctos) зимний сон температура тела не ниже 32,5 °C
Барсук (Meles meles) зимний сон температура тела не ниже 28 °C
Домовая мышь (Mus musculus) суточный торпор температура тела до 16 °C, оцепенение до 11 часов

Долгое время считалось, что приматы в спячку не впадают. Помимо толстохвостого лемура, спячка описана у других карликовых лемуров Мадагаскара, которые зимуют под землёй[7].

Птицы

Большинство птиц, способных к оцепенению, используют суточный торпор. Единственный известный гибернирующий вид — американский белогорлый козодой (Phalaenoptilus nuttallii), у которого температура тела снижается до 3 °C, а оцепенение может длиться до пяти суток[3].

Группа или вид Тип состояния Примечание
Американский белогорлый козодой гибернация температура тела до 3 °C, оцепенение до 120 часов
Колибри суточный торпор у Metallura phoebe температура тела до 3,26 °C
Чёрный стриж (Apus apus) суточный торпор температура тела до 28 °C
Обыкновенный козодой (Caprimulgus europaeus) суточный торпор температура тела до 14 °C
Птицы-мыши (Colius) суточный торпор температура тела до 18 °C

Эктотермные животные

Аналогичное спячке состояние у пойкилотермных животных называют оцепенением. Во время зимнего оцепенения температура тела рептилий, земноводных, рыб и насекомых может опускаться ниже нуля; чтобы кристаллы льда не повреждали клетки, животные накапливают в них криопротекторы — глицерин или сахарозу[2].

Лесная лягушка (Rana sylvatica) выживает в замороженном состоянии благодаря криопротекторам — мочевине, которая накапливается осенью, и глюкозе, которую печень выделяет при замерзании. Субарктические популяции этого вида переносят охлаждение на 10-13 °C ниже, чем лягушки из более южных районов, и выдерживали экспериментальное замораживание до −16 °C[8].

Почти 50 лет считалось, что гигантская акула зимой впадает в спячку на дне у континентального склона. Наблюдения с помощью спутниковых меток показали, что зимой акулы не впадают в спячку, а совершают перемещения по горизонтали до 3400 км и погружаются глубже 750 м[9].

Группа или вид Тип состояния Примечание
Рептилии, земноводные, рыбы, насекомые зимнее оцепенение температура тела может опускаться ниже нуля
Насекомые диапауза развитие останавливается на любом этапе онтогенеза
Лесная лягушка замерзание субарктические популяции переносят замораживание до −16 °C
Гигантская акула спячка не подтвердилась зимой активно перемещается

Спячка и изменение среды

Изменение климата влияет на сроки спячки. В Скалистых горах в 1976—1999 годах жёлтобрюхие сурки стали выходить из спячки раньше: по регрессионной оценке дата первого появления сместилась с 15 мая на 22 апреля, а в аннотации исследования сдвиг оценивается в 38 дней. Авторы связывают его с потеплением апрельского воздуха: средняя минимальная температура апреля выросла примерно на 1,4 °C, хотя этот рост не достиг статистической значимости. Из-за раннего пробуждения сурки застают на поверхности больше снега — 133 см против 76 см 23 годами ранее[10].

Исследования применительно к человеку

В конце 1980-х годов группа академика Владимира Кованова обнаружила, что организмы, насыщенные инертными газами при низкой температуре и высоком давлении, впадают в состояние, подобное спячке. В 2005 году мышей на шесть часов ввели в такое состояние с помощью сероводорода: температура тела снизилась до 13 °C, а обмен веществ замедлился в десять раз; на свиньях и овцах опыт не удался. В Лаборатории криоконсервации и гипобиоза, созданной в 2015 году Фондом перспективных исследований и пущинским Институтом биофизики клетки РАН, препаратом на основе ксенона удалось поддерживать у крыс состояние гипобиоза до семи суток. В медицине при травмах мозга и сердечных приступах применяют терапевтическую гипотермию — охлаждение тела до 32 °C[2].

В 2020 году японские исследователи показали, что активация определённой группы нейронов гипоталамуса вызывает у грызунов длительное состояние пониженных температуры тела и обмена веществ, похожее на спячку. Способность регулировать обмен веществ при этом сохранялась, а после выхода из этого состояния повреждений тканей и органов и нарушений поведения не обнаружили. Авторы полагают, что их результаты могут помочь в разработке способа вызывать подобное состояние у человека[11].

Европейское космическое агентство изучает искусственную гибернацию для длительных полётов к Марсу: она могла бы сократить размер космического корабля на треть.

undefined

В опытах на крысах оцепенение защищало печень и семенники от радиационного повреждения. Исследователи также рассматривают применение таких методов в медицине — при трансплантации органов, у пациентов с аллергией на анестетики и для спасения пострадавших при остановке сердца[12].

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Спячка. Большая российская энциклопедия (17 октября 2022). Дата обращения: 1 октября 2026.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Вечером мы погрузимся в спячку. N + 1 (12 декабря 2018). Дата обращения: 1 октября 2026.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Daily torpor and hibernation in birds and mammals (англ.). Biological Reviews (август 2015). Дата обращения: 1 октября 2026.
  4. ↑ 1 2 Hibernation in Black Bears: Independence of Metabolic Suppression from Body Temperature (англ.). Science (18 февраля 2011). Дата обращения: 1 октября 2026.
  5. ↑ Extreme and variable torpor among high-elevation Andean hummingbird species (англ.). Biology Letters (сентябрь 2020). Дата обращения: 1 октября 2026.
  6. ↑ Hibernation in a tropical primate (англ.) // Nature. — 2004. — Vol. 429, iss. 6994. — P. 825–826. — doi:10.1038/429825a.
  7. ↑ Underground hibernation in a primate (англ.) // Scientific Reports. — 2013. — Vol. 3, iss. 1. — doi:10.1038/srep01768.
  8. ↑ Cryoprotectants and Extreme Freeze Tolerance in a Subarctic Population of the Wood Frog (англ.). PLOS One (17 февраля 2015). Дата обращения: 1 октября 2026.
  9. ↑ Seasonal movements and behaviour of basking sharks from archival tagging: no evidence of winter hibernation (англ.). Marine Ecology Progress Series (20 февраля 2003). Дата обращения: 1 октября 2026.
  10. ↑ Climate change is affecting altitudinal migrants and hibernating species (англ.). PNAS (15 февраля 2000). Дата обращения: 1 октября 2026.
  11. ↑ A discrete neuronal circuit induces a hibernation-like state in rodents (англ.). Nature (июль 2020). Дата обращения: 1 октября 2026.
  12. ↑ Research on hibernation for space travel used in medical environment (англ.). European Space Agency. Дата обращения: 1 октября 2026.

Литература

  • Эмирбеков Э. З., Львова С. П. Биохимические изменения в головном мозгу при зимней спячке // Успехи современной биологии. — 1970. — Т. 70, № 2 (5).

Категории

Pause